中國研究團(tuán)隊(duì)在《工程成果》期刊發(fā)表研究，提出一種自適應(yīng)殘差補(bǔ)償（ARC）方法，用于改善兩級液壓方向閥的閥芯位置跟蹤性能。該技術(shù)通過在線自校正機(jī)制，有效克服傳統(tǒng)液壓閥在零位死區(qū)與非線性工況下的響應(yīng)延遲問題，為工程機(jī)械提供更高精度的運(yùn)動控制方案。

兩級液壓方向閥通常采用正重疊設(shè)計(jì)以防止設(shè)備怠速時油液泄漏，但這會在中性位置附近形成幾何死區(qū)。當(dāng)閥芯接近中性點(diǎn)或進(jìn)行小開口操作、換向時，主閥芯控制腔無法建立壓差，導(dǎo)致響應(yīng)滯后與跟蹤精度下降。此外，先導(dǎo)級電磁執(zhí)行器帶寬有限，閥口流量-壓降關(guān)系呈顯著非線性，且主閥芯運(yùn)動受液壓力、彈簧力、摩擦力及外部機(jī)械振動的耦合影響，使控制成為工程難題。傳統(tǒng)的PID控制依賴增益整定，滑模與狀態(tài)反饋需模型，自適應(yīng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法部署復(fù)雜，而強(qiáng)化學(xué)習(xí)泛化能力受限。

早期補(bǔ)償策略多采用固定參數(shù)方案。例如死區(qū)電流偏移補(bǔ)償（DCOC）依據(jù)離線校準(zhǔn)的死區(qū)閾值施加固定電流；基于物理的反向補(bǔ)償（PBIC）則通過簡化模型反算目標(biāo)電流。此類方法在標(biāo)定后映射關(guān)系固定，當(dāng)閥口幾何結(jié)構(gòu)、電磁特性、摩擦屬性或液壓油參數(shù)發(fā)生變化時，控制精度會明顯下降，且在死區(qū)附近和換向過程中表現(xiàn)尤為突出。

新方法ARC采取增量補(bǔ)償思路，在固定PBIC架構(gòu)基礎(chǔ)上引入低維殘差電流，并利用閥芯跟蹤誤差在線更新。該殘差由兩個調(diào)度變量（期望差動流量與實(shí)測閥芯位置）構(gòu)建的五項(xiàng)歸一化基函數(shù)表示，涵蓋線性主導(dǎo)變化、二次方向不對稱性及交叉耦合項(xiàng)。由于名義補(bǔ)償已處理主要死區(qū)與靜態(tài)偏置，修正量在中性點(diǎn)自然歸零。算法采用投影自適應(yīng)律限制參數(shù)范圍，設(shè)置飽和約束防止過度修正，并配備自適應(yīng)門控函數(shù)，在跟蹤誤差接近測量噪聲水平、激勵不足或指令接近飽和時暫停參數(shù)更新。李雅普諾夫分析證明，該方法在理想條件下跟蹤誤差漸近收斂，存在近似誤差與未建模擾動時誤差保持一致Zui終有界。整個方案無需額外傳感器或硬件改動，僅增加適度計(jì)算負(fù)擔(dān)。

AMESim與MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真對比了ARC與PID、DCOC、PBIC在正弦、三角波及方波軌跡下的表現(xiàn)。標(biāo)稱工況下所有控制器均穩(wěn)定運(yùn)行，但ARCZui貼近參考軌跡，跟蹤誤差范圍更窄，且有效抑制了中性位置附近的誤差累積。研究將電磁力系數(shù)人為降低10%以模擬比例電磁閥長時間通電產(chǎn)生的熱漂移，在此參數(shù)失配下，DCOC與PBIC的誤差指標(biāo)與換向延遲顯著增加，而ARC保持較小的跟蹤誤差，換向延遲波動有限。實(shí)物測試中，團(tuán)隊(duì)基于控制器開發(fā)嵌入式控制器（控制周期1毫秒），配合全量程精度優(yōu)于0.1%的定制位移傳感器搭建液壓試驗(yàn)臺。標(biāo)稱工況下平均跟蹤誤差僅為0.0756毫米，換向延遲17毫秒；當(dāng)線圈溫度升至約70攝氏度時，電阻線性上升導(dǎo)致實(shí)際閥行為與名義模型失配，ARC仍保持穩(wěn)定跟蹤，誤差主要在零交叉換向處略有上升但迅速衰減無持續(xù)振蕩，平均誤差升至0.119毫米。作者指出，未來需在試驗(yàn)臺上開展基準(zhǔn)方法對比實(shí)驗(yàn)以量化性能優(yōu)勢，并將進(jìn)一步研究負(fù)載壓力變化、油溫及摩擦特性的影響。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-18。本文為資料編譯。